CN114685708A - 一种化合物、水溶性血卟啉纳米颗粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种化合物、水溶性血卟啉纳米颗粒及其制备方法和应用，该水溶性血卟啉纳米颗粒通过氯化血红素、2‑甲基丙烯酸反应制得，氯化血红素为三价铁离子与原卟啉氯化形成的络合物，能极大缩短水质子的T1纵向弛豫时间，表现出对比增强的效果，从而能够作造影剂使用；同时由于三价铁离子与原卟啉结合紧密，不易游离出来，有效避免了造影剂毒性隐患的问题。

Description

一种化合物、水溶性血卟啉纳米颗粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及核磁共振成像技术领域，特别是一种化合物、水溶性血卟啉纳米颗粒及其制备方法和应用。
背景技术
核磁共振是一种物理现象，作为一种分析手段广泛应用于物理、化学生物等领域，常用于医学临床检测。核磁共振成像(Magnetic resonance imaging，简称MRI)与核医学中放射成像存在较大区别，MRI主要通过对静磁场中的人体施加某种特定频率的射频脉冲，使人体中的氢质子受到激励而发生磁共振现象；停止脉冲后，质子在弛豫过程中产生MR信号，通过对MR信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程来完成对人体组织的检测。
由于MRI具有较高的空间分辨率、无辐射损伤的安全性等特性，已经广泛的应用于临床医学诊断中。而对于磁共振灵敏度较低导致临床发现某些不同组织或肿瘤组织的对比不明显、诊断困难等问题，目前临床主要引入造影剂来解决成像对比不明显的问题，通过造影剂来改变组织局部弛豫特性，提高成像对比度，从而提高诊断的准确性。其中常用的造影剂往往需要使用高剂量的重金属钆离子(gadolinium ions，Gd3+)，含钆造影剂具有较好的提高成像对比度效果，虽然含钆造影剂通常以螯合物的形式进行使用，但金属钆与配体之间结合不够紧密，稳定性较差，金属离子容易游离出来，游离的钆离子具有高毒性，会引起肾源性纤维化和脑部钆沉积，会对患者造成较大的安全隐患。故需要提出一种新型造影剂材料用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种化合物、水溶性血卟啉纳米颗粒及其制备方法和应用，用于解决现有技术中含钆造影剂稳定性较差而存在安全隐患的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了第一解决方案：提出了一种如式(I)所示的化合物，
Figure BDA0002872381380000021
且所述化合物的分子量为3000～30000。
为解决上述技术问题，本发明提供了第二解决方案：提出一种水溶性血卟啉纳米颗粒包含前述第一解决方案中的化合物。
为解决上述技术问题，本发明提供了第三解决方案：提出一种水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法，该方法用于制备前述第二解决方案中的水溶性血卟啉纳米颗粒，其步骤包括：将氯化血红素、2-甲基丙烯酸和引发剂加入溶剂中，混合溶解后得到混合液；将混合液依次进行脱气处理和加热搅拌，得到反应液；将反应液降至室温并进行淬灭反应后，进行透析处理，得到透析液；透析液经冻干处理后得到水溶性血卟啉纳米颗粒。
在一个实施例中，氯化血红素、2-甲基丙烯酸和引发剂的质量比为(50～80):(3000～3500):(10～15)。
在一个实施例中，引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的任意一种或多种。
在一个实施例中，溶剂由水和非质子极性溶剂混合而成，且水和非质子极性溶剂的体积比为1:1；非质子极性溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺中的任意一种或多种。
在一个实施例中，脱气处理的步骤具体包括：用惰性气体对混合液进行反复置换，置换次数为3～5次，惰性气体的纯度标准大于5N；加热搅拌的步骤中，维持惰性气体保护，加热温度为80～90℃，反应时间为24～30h。
在一个实施例中，淬灭反应的步骤具体包括：向降温后的反应液中加入去离子水，所加入的去离子水与溶剂的体积比为(1～1.5):5。
在一个实施例中，透析处理的步骤具体包括：将经淬灭反应后的反应液移入透析袋中，用去离子水进行透析，透析袋的截留分子量规格为3000KD，透析时间为72～80h，换水间隔时长为18～24h。
在一个实施例中，冻干处理步骤中，冻干温度为-85～-80℃。
为解决上述技术问题，本发明提供了第四解决方案：提出了第一解决方案中的化合物或第二解决方案中的水溶性血卟啉纳米颗粒在磁共振成像造影剂中的应用。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种化合物、水溶性血卟啉纳米颗粒及其制备方法和应用，通过氯化血红素、2-甲基丙烯酸反应制得血卟啉纳米颗粒，氯化血红素为三价铁离子与原卟啉氯化形成的络合物，能极大缩短水质子的T1纵向弛豫时间，表现出对比增强的效果，从而能够作造影剂使用；同时由于三价铁离子与原卟啉结合紧密，不易游离出来，有效避免了造影剂毒性隐患的问题。
附图说明
图1是本发明的水溶性血卟啉纳米颗粒在实施例1中的水合粒径分布图；
图2是本发明的水溶性血卟啉纳米颗粒在实施例1中的Zeta电势分布图；
图3是本发明的水溶性血卟啉纳米颗粒在实施例1中的T1弛豫率拟合图；
图4是本发明的水溶性血卟啉纳米颗粒在实施例1中的T2弛豫率拟合图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
对于本发明提供的第一解决方案，提出了一种如式(I)所示的化合物，
Figure BDA0002872381380000041
其中，化学式I的星号处表示化合物的聚合位置，且所述化合物的分子量为3000～30000。该化合物以氯化血红素和2-甲基丙烯酸为原料，在引发剂的作用下进行聚合反应制得，具体反应过程如下：
Figure BDA0002872381380000042
其中氯化血红素为三价铁离子与原卟啉形成的络合物，由于三价铁离子与原卟啉结合后具有很强的稳定性，使得三价铁离子不易从原卟啉结构中游离出来，从而避免了现有技术中含钆造影剂的钆离子游离出来对患者造成危害的问题。上述实施方式在反应过程中，以偶氮二异丁腈(简称AIBN)为聚合反应的引发剂，二甲基甲酰胺(简称DMF)和去离子水组成的混合溶液为溶剂，在其他实施方式中，可根据实际需求，对引发剂和溶剂进行适应性调整，在此不做限定。
对于本发明提供的第二解决方案，提出一种水溶性血卟啉纳米颗粒，具体包含了前述第一解决方案中的化合物，其性质和反应过程与第一解决方案保持一致，在此不做赘述。
对于本发明提供的第三解决方案，提出一种水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法。该方法利用偶氮二异丁腈作为自由基引发剂，将血红素的双键与2-甲基丙烯酸进行聚合反应，从而制备前述第二解决方案中的水溶性血卟啉纳米颗粒，其步骤具体包括：
(1)将氯化血红素、2-甲基丙烯酸和引发剂加入溶剂中，超声溶解后得到混合液。本步骤中，氯化血红素、2-甲基丙烯酸和引发剂质量比为(50～80):(3000～3500):(10～15)，优选的，氯化血红素、2-甲基丙烯酸和引发剂质量比为65:3250:12.5，超声0.5～1h得到混合液，超声后使氯化血红素充分溶解，有利于后续聚合反应的进行；其中引发剂优选为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的任意一种或多种，溶剂由水和非质子极性溶剂混合而成，且水和非质子极性溶剂的体积比为1:1；非质子极性溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺中的任意一种或多种。
(2)将混合液依次进行脱气处理和加热搅拌，得到反应液。本步骤中，用纯度标准大于5N的惰性气体，如高纯氮气，对混合液进行反复置换，置换次数为3～5次，完成脱气处理；然后维持惰性气体保护，搅拌加热进行聚合反应，得到反应液；其中，加热温度优选为80～90℃，反应时间优选为24～30h。
(3)将反应液降至室温并进行淬灭反应后，进行透析处理，得到透析液。本步骤中，将反应液降温至室温，并去除惰性气体的保护环境，向降温后的反应液中加入去离子水，以进行淬灭反应，将步骤(2)中的聚合反应终止，所加入的去离子水与溶剂的体积比优选为(1～1.5):5；然后将经过淬灭反应后的反应液移入透析袋中，用去离子水进行透析，得到所需的透析液；透析袋的截留分子量规格优选为3000KD，透析时间优选为72～80h，换水间隔时长优选为18～24h。
(4)透析液经冻干处理后得到水溶性血卟啉纳米颗粒。本步骤中，将透析液离心，然后置于-85～-80℃超低温冰箱中冷冻，得到水溶性血卟啉纳米颗粒。本解决方案与第二解决方案中的水溶性血卟啉纳米颗粒具有实质相同的结构和性能，其化学反应过程在此不做赘述。
对于本发明提供的第四解决方案，提出了第一解决方案中的化合物或第二解决方案中的水溶性血卟啉纳米颗粒在磁共振成像造影剂中的应用，具体地，前述化合物或水溶性血卟啉纳米颗粒替代含钆离子造影剂，作为磁共振成像造影剂应用，避免了现有含钆造影剂的钆离子游离出来对患者造成危害的问题。
下面通过具体实施例进一步对上述水溶性血卟啉纳米颗粒的性能进行表征和分析。
实施例1
本实施方式中制备水溶性血卟啉纳米颗粒的步骤具体如下：
(1)先将65mg血红素和3.25g的2-甲基丙烯酸，12.5mg偶氮二异丁腈溶于10mL去离子水和10mL二甲基甲酰胺中，超声0.5h，让血红素充分溶解，得到混合液。
(2)将上述混合液用5N纯度的高纯氮气反复置换3次，脱气处理后维持氮气保护，在80℃下加热搅拌反应24h，得到反应液。
(3)将上述反应液降温至室温，并去除惰性气体的保护环境，向降温后的反应液中加入100mL去离子水，进行淬灭反应；然后将经过淬灭反应后的反应液移入3000KD截流分子量的透析袋中，用去离子水进行透析72h，每隔24h换水一次，得到所需的透析液。
(4)将上述透析液离心，然后置于-80℃超低温冰箱中冷冻，得到水溶性血卟啉纳米颗粒。
对实施例1中所制备的水溶性血卟啉纳米颗粒的分散性和稳定性进行表征，如图1和图2所示，图1是本发明的水溶性血卟啉纳米颗粒在实施例1中的水合粒径分布图，横轴为粒径大小，纵轴为分布强度；图2是本发明的水溶性血卟啉纳米颗粒在实施例1中的Zeta电势分布图，横轴为Zeta电势，纵轴为强度。由图1中对水溶性血卟啉纳米颗粒的粒径分布统计可以得出，纳米颗粒的水合粒径平均为122nm，分布较为集中，粒径均一性好，具有良好的分散性。由于Zeta电位的数值与胶态分散的稳定性紧密相关，通过Zeta电位数值的绝对值大小可以反映出相应的稳定性；由图2中水溶性血卟啉纳米颗粒的Zeta电势测试可知，纳米颗粒的Zeta电势为-5mV，所得的Zeta电势较小，可以避免与体内的物质进行结合，从而表明该水溶性血卟啉纳米颗粒具有良好的稳定性。
对实施例1中所制备的水溶性血卟啉纳米颗粒的弛豫效果进行表征，如图3和图4所示，横轴为血红素浓度(单位mM为mmol/L的简写)，纵轴为弛豫率，对所测数据点进行线性拟合，所得拟合线的斜率为弛豫效率r。图3是本发明的水溶性血卟啉纳米颗粒在实施例1中的T1弛豫率拟合图，图3中表征的是纵向弛豫效果，纵轴R1表示为纵向弛豫率，对所测数据点进行线性拟合后计算得到相应的纵向弛豫效率r1，其纵向弛豫效率r1＝1.38±0.06s-1·mmol-1；图4是本发明的水溶性血卟啉纳米颗粒在实施例1中的T2弛豫率拟合图，图4中表征的是横向弛豫效果，纵轴R2表示为横向弛豫率，对所测数据点进行线性拟合后计算得到相应的横向弛豫效率r2，其横向弛豫效率r2＝6.43±0.64s-1·mmol-1。实施例1中所制备的水溶性血卟啉纳米颗粒能够表现出理想的弛豫效果，从而水溶性血卟啉纳米颗粒能够代替含钆离子造影剂，并作为磁共振成像造影剂应用。
区别于现有技术的情况，本发明提供了一种化合物、水溶性血卟啉纳米颗粒及其制备方法和应用，通过氯化血红素、2-甲基丙烯酸反应制得血卟啉纳米颗粒，氯化血红素为三价铁离子与原卟啉氯化形成的络合物，能极大缩短水质子的T1纵向弛豫时间，表现出对比增强的效果，从而能够作造影剂使用；同时由于三价铁离子与原卟啉结合紧密，不易游离出来，有效避免了造影剂毒性隐患的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种如式(I)所示的化合物，
Figure FDA0002872381370000011
且所述化合物的分子量为3000～30000。
2.一种水溶性血卟啉纳米颗粒，其特征在于，所述水溶性血卟啉纳米颗粒包含如权利要求1所述的化合物。
3.一种如权利要求2中所述水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法，其特征在于，其步骤包括：
将氯化血红素、2-甲基丙烯酸和引发剂加入溶剂中，混合溶解后得到混合液；
将所述混合液依次进行脱气处理和加热搅拌，得到反应液；
将所述反应液降至室温并进行淬灭反应后，进行透析处理，得到透析液；
所述透析液经冻干处理后得到所述水溶性血卟啉纳米颗粒。
4.根据权利要求3中所述的水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述氯化血红素、2-甲基丙烯酸和引发剂质量比为(50～80)：(3000～3500)：(10～15)。
5.根据权利要求4中所述的水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈中的任意一种或多种；
所述溶剂由水和非质子极性溶剂混合而成，且水和非质子极性溶剂的体积比为1:1；
所述非质子极性溶剂为二甲亚砜、二甲基甲酰胺中的任意一种或多种。
6.根据权利要求3中所述的水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述脱气处理包括：用惰性气体对所述混合液进行反复置换，置换次数为3～5次，所述惰性气体的纯度标准大于5N；
所述加热搅拌的步骤中，维持惰性气体保护，加热温度为80～90℃，反应时间为24～30h。
7.根据权利要求3中所述的水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述淬灭反应包括：向降温后的所述反应液中加入去离子水，所加入的去离子水与溶剂的体积比为(1～1.5)：5。
8.根据权利要求3中所述的水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述透析处理包括：将经所述淬灭反应后的反应液移入透析袋中，用去离子水进行透析，透析袋的截留分子量规格为3000KD，透析时间为72～80h，换水间隔时长为18～24h。
9.根据权利要求3中所述的水溶性血卟啉纳米颗粒的制备方法，其特征在于，所述冻干处理步骤中，冻干温度为-85～-80℃。
10.如权利要求1所述的化合物或如权利要求2所述的水溶性血卟啉纳米颗粒在磁共振成像造影剂中的应用。
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